DE102004018868A1

DE102004018868A1 - Kunstharz-Käfig und Schräg-Kugellager

Info

Publication number: DE102004018868A1
Application number: DE102004018868A
Authority: DE
Inventors: Umemitsu Kuwana Kobayashi; Kaoru Kuwana Ueno
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: CN100470071C; CN101368596A; DE102004018868B4; US20040234181A1; JP4383766B2; JP2004316852A; CN1538081A; CN101368596B; US7059776B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schräg-Kugellager, welches das Auslaufen eines Käfigs während der Drehung mit hoher Geschwindigkeit unterdrücken kann. Ein Käfig aus einem Kunstharz ist zwischen einem äußeren Ring und einem inneren Ring angeordnet und Kugeln sind in Taschen angeordnet, die in dem Käfig ausgebildet sind. Die Taschen sind zylindrisch. Konische Führungsoberflächen sind auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche an ihrem inneren Durchmesserende in der Umfangsrichtung des Käfigs ausgebildet. Der Krümmungsradius der konischen Führungsoberflächen an ihren großen Durchmesserenden ist größer als der Krümmungsradius der zylindrischen Oberflächen, wodurch verhindert wird, dass die Kontaktpunkte zwischen den Kugeln und den konischen Führungsoberflächen sich in einer diametralen Richtung während des Drehens mit hoher Geschwindigkeit deutlich verschieben und wodurch ein Auslaufen des Käfigs verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kunstharz-Käfig (-Retainer) für Kugellager, die für eine hohe Rotationsgeschwindigkeit geeignet sind, und auf ein Schräg-Kugellager.

Als ein Schräg-Kugellager, das für eine Rotation mit hoher Geschwindigkeit geeignet ist für die drehbare Unterstützung einer Rotorwelle, die mit hoher Geschwindigkeit rotiert, wie z.B. eine Spindel einer Werkzeugmaschine, ist ein solches bekannt, wie es in der japanischen Patentpublikation 7-4439 beschrieben ist.

Die 15 zeigt ein konventionelles Schräg-Kugellager. Es weist einen Käfig (Retainer) 52 aus einem Kunstharz auf, der zwischen einem äußeren Ring 50 und einem inneren Ring 51 angeordnet ist. In jeder einer Vielzahl von Ausnehmungen bzw. Taschen 53, die in dem Käfig 52 in gleichen Umfangs-Abständen angeordnet sind, ist eine Kugel 54 angeordnet, die den äußeren Ring 50 und den inneren Ring 51 trägt, sodass sie gegeneinander drehbar sind.

Die Ausnehmungen bzw. Taschen 53, die in dem Käfig 52 ausgebildet sind, sind zylindrisch und weisen jeweils eine konische Führungsoberfläche 56 an dem radial inneren Ende der zylindrischen inneren Oberfläche 55 auf, sodass sie durch die Kugel 54 geführt wird. Zwischen der konischen Führungsoberfläche 56 und der Kugel 54 liegt ein axialer und diametraler Umfangs-Führungszwischenraum (Spiel) 57 vor. Der Führungszwischenraum 57 ist kleiner als der Ausnehmungs- bzw. Taschen-Spielraum 58 zwischen der Kugel 54 und der zylindrischen inneren Oberfläche 55 jeder Tasche 53.

Der Krümmungsradius r11 der konischen Führungsoberflächen 56 an ihrem radial äußeren Ende ist gleich dem Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberflächen 55.

In einem Kugellager mit einem solchen Aufbau stehen während der Rotation des Lagers die Kugeln 54 punktförmig in Kontakt mit den konischen Führungsoberflächen 56, sodass um die Kontaktpunkte herum ein Schmiermittel fließen kann. Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Schmiermittelmangel auftritt.

Da der Käfig (Retainer) 52 durch die Kugeln geführt wird, drehen sich die äußeren und inneren Umfangsoberflächen des Käfigs 52 in einem kontaktfreien Zustand relativ zu dem äußeren Ring 50 und dem inneren Ring 51, sodass kein Reibungsgeräusch entsteht.

Da ein konventionelles Schräg-Kugellager, wie es in 15 dargestellt ist, einen solchen Aufbau hat, bei dem der Käfig 52 durch einen Kontakt zwischen den konischen Führungsoberflächen 56 und den Kugeln 54 getragen wird, tritt bei ihm das folgende Problem auf.

Wenn das Schräg-Kugellager sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, kommen die Kugeln 54, die sich um ihre eigenen Achsen und um eine gemeinsame Achse drehen, mit den konischen Führungsoberflächen 56 an dem Punkt B1 in Kontakt, wie in den 16 und 17 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich jede Kugel 54 um ihre eigene Achse b, wie in 15 dargestellt. Als Folge des Kontakts mit der KugeL 54 bewegt sich der Käfig 52 in axialer Richtung, sodass der Kontaktpunt B1 mit der Kugel 54 dazu neigt, sich in Richtung auf den Punkt B2 zu bewegen. Da aber der Abstand zwischen dem Punkt B2 und seinem gegenüberliegenden Punkt B2' kürzer ist als der Abstand zwischen dem Punkt B1 und seinem gegenüberliegenden Punkt B1', bewegt sich der Kontaktpunkt auch in Richtung auf das Ende des großen Durchmessers der konischen Führungsoberfläche 56 während der axialen Bewegung des Käfigs 52 und er bewegt sich somit zu dem Punkt B3.

Während sich das Schräg-Kugellager mit hoher Geschwindigkeit dreht, bewegen sich die Kontaktpunkte zwischen den Kugeln 52 und den konischen Führungsoberflächen 56 von dem Punkt B1 zu dem Punkt B3, sodass in dem Käfig 52 eine diametrale Schubkraft induziert wird, die ein Auslaufen des Käfigs 52 verursacht. Ein solches Auslaufen des Käfigs 52 ist feststellbar, wenn er in einer vertikalen Position verwendet wird, in der die zentrale Achse des Schräg-Kugellagers vertikal ist.

Außerdem ist in einem konventionellen Schräg-Kugellager, bei dem ein radial äußerer Schmiermittelfüllungs-Hohlraum 59, der zwischen dem äußeren Ring 50 und dem Käfig 52 vorgesehen ist, und ein radial innere Schmiermittelfüllungs-Hohlraum 60 zwischen dem Käfig 52 und dem inneren Ring 51 vorgesehen ist, die durch die kleinen Taschen-Spielräume 58 und die Führungsspielräume 57 miteinander in Verbindung stehen, die Fließfähigkeit des Schmiermittels so schlecht, dass ein Wärmestau darin auftritt als Folge der Durchrührung des Schmiermittels.

Da der Kontakt zwischen den Kugeln 54 und den konischen Führungsoberflächen 56 ein Kontakt zwischen den gekrümmten Oberflächen der Kugeln 54 und den konischen Führungsoberflächen 56 ist, die eine geringe Differenz in Bezug auf den Krümmungsradius aufweisen, ist die Scherkraft groß, die entsteht wenn das Schmiermittel als Folge des Kontakts mit den Kugeln 54, die sich um ihre eigenen Achsen drehen, geschert wird, sodass das Lagerdrehmoment groß ist.

Ziel dieser Erfindung ist es daher, einen Kunstharz-Käfig bzw. -Retainer und ein Schräg-Kugellager zur Verfügung zu stellen, die während der Rotation mit hoher Geschwindigkeit weniger zum Auslaufen neigen, das Lagerdrehmoment vermindern können und für die Rotation mit hoher Geschwindigkeit geeignet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kunstharz-Käfig bzw. -Retainer, der umfasst ein ringförmiges Element, das aus einem Kunstharz hergestellt ist und eine Vielzahl von Ausnehmungen bzw. Taschen für die Aufnahme von Kugeln aufweist, wobei die Ausnehmungen bzw. Taschen zylindrisch sind, wobei ein Paar von konischen Führungsoberflächen, die durch die Kugeln geführt werden sollen, auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche an dem inneren Durchmesserende derselben so ausgebildet sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen und der Krümmungsradius jeder konischen Führungsoberfläche an ihrem großen Durchmesserende größer ist als der Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche.

Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, die diametrale Verschiebung zu verringern, wenn sich die Kontaktpunkte zwischen den Kugeln und den konischen Führungsoberflächen in axialen und diametralen Richtungen des Käfigs auf den konischen Führungsoberflächen verschieben, da der Krümmungsradius der konischen Führungsoberflächen die auf dem Käfig an ihren großen Durchmesserenden ausgebildet sind, größer ist als der Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberflächen der zylindrischen Taschen. Damit wird die diametrale Schubkraft des Käfigs vermindert, wodurch es möglich wird, das Auslaufen des Käfigs zu unterdrücken.

Da die Differenz in Bezug auf den Krümmungsradius zwischen den Kugeln und den konischen Führungsoberflächen groß ist im Vergleich zu der konventionellen Anordnung, nimmt die Scherkraft ab, wenn das Schmiermittel als Folge des Kontakts mit den Kugeln, die sich um ihre Achsen drehen, geschert wird. Somit ist es möglich, das Lagerdrehmoment zu verringern.

In dem erfindungsgemäßen Käfig (Retainer) sind in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in axialer Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei die Durchmesseraußenseite und die Durchmesserinnenseite des Käfigs durch vier diametrale Rillen miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist es möglich, die Fließfähigkeit des Schmiermittels zwischen der Durchmesseraußenseite und der Durchmesserinnenseite des Käfigs zu verbessern, wodurch es möglich ist, einen Wärmestau als Folge der Durchrührung des Schmiermittels zu unterdrücken.

Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem zweiten Aspekt ein Kunstharz-Käfig bzw. -Retainer, der ein ringförmiges Element umfasst, das aus einem Kunstharz hergestellt ist und in dem eine Vielzahl von Ausnehmungen bzw. Taschen für die Aufnahme von Kugeln ausgebildet sind, wobei die Ausnehmungen bzw. Taschen zylindrisch sind, wobei ein Paar von konischen Oberflächen auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche an dem inneren Ende des Durchmessers so ausgebildet ist, dass sie in Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei eine das Schmiermittel zurückhaltende (aufnehmende) Oberfläche integral gebildet wird ab dem inneren Durchmesserende jeder konischen Oberfläche in Einwärtsrichtung der Tasche und wobei ein linearer Kugelführungsrand, der durch eine Kugel geführt werden soll, im Innern jeder das Schmiermittel tragenden Oberfläche so geformt ist, dass er parallel zur Achse des Käfigs verläuft.

Wie vorstehend beschrieben, können durch Führen der linearen Führungsränder, die parallel zur Achse des Käfigs verlaufen, mit den Kugeln auch dann, wenn sich der Käfig in der axialen Richtung bewegt, die Konaktpunkte mit den Kugeln sich einfach in der axialen Richtung des Käfigs bewegen. Auf diese Weise wird keine Schubkraft in der diametralen Richtung des Käfigs erzeugt, sodass es möglich ist, ein Auslaufen des Käfigs zu verhindern.

Da der Kontakt zwischen den Kugeln und den Kugelführungsrändern ein punktförmiger Kontakt ist, ist die Scherkraft gering, wenn das Schmiermittel an den Kontaktpunkten geschert wird, sodass es möglich ist, das Lagerdrehmoment deutlich zu vermindern.

Da das Schmiermittel auf den das Schmiermittel tragenden Oberflächen zurückgehalten werden kann, kann ferner ein stabiles Schmiervermögen erzielt werden.

Wenn sich der Käfig in axialer Richtung bewegt und die zylindrischen inneren Oberflächen der Taschen in der axialen Richtung des Käfigs mit den Kugeln in Kontakt stehen, kann sich außerdem nur schwer ein ungleichförmiges Drehmoment entwickeln, da die Kontaktpunkte in der Nähe der Achsen angeordnet sind, um die sich die Kugeln drehen.

In dem Kunstharz-Käfig gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sind in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so angeordnet, dass sie die zylindrischen inneren Oberflächen in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei das Schmiermittel, das die äußere Durchmesserseite des Käfigs füllt, und das Schmiermittel, das die innere Durchmesserseite des Käfigs füllt, durch die vier diametralen Rillen miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist es möglich, die Fließfähigkeit des Schmiermittels zu erhöhen und einen Wärmestau als Folge des Rührens des Schmiermittels zu unterdrücken.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Schräg-Kugellager, das umfasst einen Kunstharz-Käfig, der zwischen einem äußeren Ring und einem inneren Ring angeordnet ist, und Kugeln, die in einer Vielzahl von Taschen bzw. Ausnehmungen angeordnet sind, die im Abstand voneinander auf dem Umfang in dem Käfig angeordnet sind, um den äußeren Ring und den inneren Ring zu tragen, sodass sie sich relativ zueinander drehen können, wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei ein Paar von konischen Führungsoberflächen, die durch die Kugeln geführt werden sollen, auf der inneren zylindrischen Oberfläche jeder Tasche an dem inneren Durchmesserende derselben so ausgebildet sind, dass sie in Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen und wobei der Krümmungsradius jeder konischen Führungsoberfläche an ihrem großen Durchmesserende größer ist als der Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein anderes (weiteres) Schräg-Kugellager, das umfasst einen Kunstharz-Käfig, der zwischen einem äußeren Ring und einem inneren Ring angeordnet ist, und Kugeln, die in einer Vielzahl von Taschen angeordnet sind, die im Abstand voneinander auf dem Umfang in dem Käfig ausgebildet sind, um den äußeren Ring und den inneren Ring zu tragen, sodass sie relativ zueinander drehbar sind, wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei ein Paar von konischen Oberflächen auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche am inneren Durchmesserende derselben so geformt sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei eine Schmiermittel-Rückhalteoberfläche integral geformt ist ab dem inneren Durchmesserende jeder konischen Oberfläche in das Innere der Tasche hinein und wobei ein linearer Kugelführungsrand, der durch eine Kugel geführt werden soll, im Innern jeder Schmiermittel tragenden Oberfläche so ausgebildet ist, dass er parallel zur Achse des Käfigs verläuft.

Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei zeigen:
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schräg-Kugellagers;
2 eine Vertikalschnitt-Seitenansicht desselben;
3 eine ebene Draufsicht auf den in 1 dargestellten Käfig (Retainer);
4 eine Schnittansicht des Schräg-Kugellagers, während es sich mit hoher Geschwindigkeit dreht;
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der 4;
6 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Käfigs (Retainers);
7 eine Schnittansicht, die zeigt, wie das in 1 dargestellte Schräg-Kugellager verwendet wird;
8 ein Diagramm, das die Messergebnisse der Außenring-Temperatur angibt, während das Schräg-Kugellager mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird;
9 eine Schnittansicht, die eine zweite Ausführungsform des Schräg-Kugellagers zeigt;
10 eine vertikale Schnittansicht der 9;
11 eine ebene Draufsicht auf den in 9 dargestellten Käfig (Retainer);
12 eine Schnittansicht, die das Schräg-Kugellager zeigt, das mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird;
13 eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Käfigs (Retainers) zeigt;
14A ein Diagramm, das die Messergebnisse in Bezug auf das Start-Drehmoment des Schräg-Kugellagers als einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung angibt;
14B ein Diagramm, das die Messergebnisse des Start-Drehmoments eines Schräg-Kugellagers als Vergleichsgegenstand angibt;
15 eine Schnittansicht, die ein konventionelles Schräg-Kugellager zeigt;
16 eine Schnittansicht, die zeigt, wie eine Kugel und eine in dem Käfig ausgebildete Tasche miteinander in Kontakt stehen; und
17 eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Käfigs (Retainers) zeigt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 14 beschrieben.
Die 1 bis 6 zeigen die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schräg-Kugellagers. Es umfasst einen äußeren Ring 1, einen inneren Ring 11, einen Käfig (Retainer) 21, der zwischen dem äußeren Ring 1 und dem inneren Ringe 11 angeordnet ist, und Kugeln 31, die in dem Käfig 21 zurückgehalten werden.
Der Käfig 21 ist ein aus einem Kunstharz hergestellter Formkörper. Als Kunstharz kann Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethersulfon (PES), dem ein Füllstoff, wie z.B. eine Glasfaser oder eine Carbonfaser zugesetzt worden ist, verwendet werden.
Der Käfig 21 umfasst einen ringförmigen Körper 22, in dem eine Vielzahl von Taschen (Ausnehmungen) 23 auf dem Umfang in gleichen Abständen voneinander ausgebildet ist für die Aufnahme der Kugeln 31.
Die Taschen 23 sind zylindrisch und auf der zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 sind vier Rillen 25 so ausgebildet, dass sie sich diametral gegenüberliegen. Die diametralen Rillen 25 unterteilen die zylindrische innere Oberfläche 24 jeder Tasche 23 in vier Bereiche, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen 24a, die auf dem Umfang des Käfigs 21 einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen 24b, die axial auf dem Käfig einander gegenüberliegen.
Wie in 2 dargestellt, weist das Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen 24a, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, an ihrem radial inneren Ende eine konische Führungsoberfläche 26 auf, um die Kugeln zu führen.
Der Krümmungsradius r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an ihrem großen Durchmesserende ist größer als der Krümmungsradius r2 der zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 und die Größe 6 der Führungsspielräume 27, die zwischen den konischen Führungsoberflächen 26 und den Kugeln 31 vorliegen, ist geringer als die Taschen-Spielräume 28, die zwischen den zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23 und den Kugeln 31 bestehen.
Wenn der Krümmungsradius der konischen inneren Oberflächen 26 zu groß ist, ist es unmöglich, eine axiale Breitendimension zu gewährleisten, die für die Festigkeit des Käfigs 21 erforderlich ist. Der Krümmungsradius r1 der konischen Führungsoberflächen 26 beträgt daher vorzugsweise etwa 110 bis 140 % des Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23.
Das Schräg-Kugellager der ersten Ausführungsform hat einen Aufbau, wie er vorstehend beschrieben ist. Die 7 zeigt ein Beispiel für die Verwendung dieses Schräg-Kugellagers. In diesem Beispiel ist eine Vielzahl von Schräg-Kugellagern X, die in der Ausführungsform dargestellt sind, in einem Gehäuse H angeordnet, die in vertikaler Richtung in einem Abstand voneinander angeordnet sind, sodass ihre zentralen Ach sen aufeinander ausgerichtet sind. Durch die Schräg-Kugellager X wird eine Spindel S einer Werkzeugmaschine, die mit einem Motor M angetrieben wird, drehbar unterstützt.
Bei der Verwendung drehen sich dann, wenn die Spindel S sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, die Kugeln 31 der Schräg-Kugellager, wie in den 1 und 2 dargestellt, um ihre eigenen Achsen und um eine gemeinsame Achse.
Zu diesem Zeitpunkt kommen die Kugeln 31 mit den konischen Führungsoberflächen 26, wie in 4 dargestellt, in Kontakt, da die Führungszwischenräume 27, die zwischen den Kugeln 31 und den konischen Führungsoberflächen 26 vorliegen, kleiner sind als die Taschen-Zwischenräume 28, die zwischen den Kugeln 31 und den zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23 bestehen.
Außerdem drehen sich die Kugeln 31 um ihre eigenen Achsen, wie in 1 dargestellt, und der Käfig 21 bewegt sich in axialer Richtung als Folge des Kontakts mit den Kugeln 31.
So bewegen sich die Kontaktpunkte A1 (1) zwischen den Kugeln 31 und den konischen Führungsoberflächen 26 in radialer Richtung nach außen, während sich der Käfig auf den konischen Führungsoberflächen 26 in axialer Richtung bewegt. Das heißt, die Kontaktpunkte bewegen sich, wie in 6 dargestellt, von den Punkten A1 zu den Punkten A2, sodass eine Schubkraft in den diametralen und axialen Richtungen, bezogen auf den Käfig 21 entsteht.
Zu diesem Zeitpunkt nimmt die diametrale Verschiebung des Käfigs 21 ab im Vergleich zu dem Käfig, in dem die oben genannten Krümmungsradien gleich sind (konventioneller Käfig, wie er in 15 darstellt ist), da der Krümmungsradius r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an ihren Durchmesserenden größer ist als der Krümmungsradius r2 der zylindrischen inneren Oberflächen der Taschen 23. Auf diese Weise nimmt die auf den Käfig 21 einwirkende diametrale Schubkraft ab, sodass ein Auslaufen des Käfigs 21 unterdrückt wird.
Da der Krümmungsradius r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an ihren großen Durchmesserenden größer ist als der Krümmungsradius r2 der zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23, nimmt ferner die Differenz in Bezug auf den Krümmungsradius zwischen den Kugeln 31 und den konischen Führungsoberflächen 26 weiter zu. Diese große Differenz des Krümmungsradius vermindert die Scherkraft, wenn das Schmiermittel durch die Drehung der Kugeln 31 um ihre eigenen Achsen geschert wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Lagerdrehmoment herabzusetzen.
Durch Anordnen von vier diametralen Rillen 25 in der zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 stehen ferner ein Schmiermittel-Füllungs-Hohlraum 29a, der auf der radial äußeren Seite des Käfigs 21 ausgebildet ist, und ein Schmiermittel-Füllungs-Hohlraum 29b, der auf seiner radial inneren Seite ausgebildet ist, durch die diametralen Rillen 25 miteinander in Verbindung. Dadurch wird die Fließfähigkeit des Schmiermittels, wie z.B. Fett, zwischen dem Füllungs-Hohlraum 29a auf der äußeren Durchmesserseite und dem Füllungs-Hohlraum 29b auf der inneren Durchmesserseite erhöht. Dadurch ist es möglich, einen Wärmestau, der auftritt als Folge des Rührens des Schmiermittels, zu verringern und einen Temperaturanstieg des Schräg-Kugellagers zu unterdrücken.
Als Referenz wurden in einem Schräg-Kugellager die Kugeln 31 und der Käfig 21 in Form eines Formkörpers mit den nachstehend angegebenen Dimensionen zwischen dem äußeren Ring 1 und dem inneren Ring 11 (erfindungsgemäßer Gegenstand) befestigt und mit Fett geschmiert und es wurde die Temperatur des äußeren Ringes 1 gemessen. Die Messergebnisse sind in der 8 dargestellt. Zum Vergleich sind auch die Messergebnisse in Bezug auf die Temperatur des äußeren Ringes eines Schräg-Kugellagers, in dem ein konventioneller Käfig 52, wie in 15 dargestellt, angeordnet war (Vergleichsgegenstand) ebenfalls angegeben.
äußerer Durchmesser D1 der Kugeln 31 = 8,7313 mm
äußerer Durchmesser D2 des Käfigs 21 = 67,7 mm
innerer Durchmesser D3 des Käfigs 21 = 62 mm
innerer Durchmesser d1 der Taschen 23 = 9,0 mm
Krümmungsradius r1 der konischen inneren Oberflächen 26 = 6,5 mm
Krümmungsradius r3 der diametralen Rillen 25 = 0,8 mm.
Der Radius der konischen Führungsoberflächen 56 in dem Schräg-Kugellager als Vergleichsgegenstand bei den großen Durchmesserenden betrug 4,5 mm und der äußere Durchmesser und der innere Durchmesser des Käfigs 52 waren die gleichen wie bei dem Käfig 21 des erfindungsgemäßen Gegenstandes. Außerdem wurde die Messung der Temperatur bei einer Vorbelastung von 20 kgf des Schräg-Kugellagers durchgeführt.
Wie aus den Messergebnissen hervorgeht, wird der Temperaturanstieg in dem Schräg-Kugellager als einem erfindungsgemäßen Gegenstand unterdrückt.
Wenn der Krümmungsradius r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an ihren großen Durchmesserenden gleich dem Krümmungsradius r2 der zylindrischen Oberflächen 24 der Taschen 23 ist, können selbst dann, wenn eine ungleichförmige Schrumpfung während der Formgebung des Käfigs 21 auftritt, die Kontaktpunkte mit den Kugeln 31 in axialer Richtung variieren. Diese Ungleichförmigkeit der Kontaktpunkte kann eine axiale Schubkraft induzieren, die ein Auslaufen des Käfigs 21 bewirken kann.
In dem Käfig 21 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird jedoch, da der Krümmungsradius r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an ihren großen Durchmesserenden größer ist als der Krümmungsradius r2 der zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23, eine axiale Verschiebung der Kontaktpunkte mit den Kugeln 31 als Folge einer ungleichförmigen Schrumpfung während der Formgebung des Käfigs 21 unterdrückt, sodass die zentralen Abschnitte der konischen Führungsoberflächen 26 im Hinblick auf die axiale Richtung des Käfigs durch den Kontakt mit den Kugeln 31 stabil geführt werden. Dadurch wird verhindert, dass eine axiale Schubkraft induziert wird.
Die 9 bis 13 zeigen die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schräg-Kugellagers. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von dem Schräg-Kugellager der ersten Ausführungsform dadurch, dass konische Oberflächen 40 auf einem Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen 24a einer zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 so geformt sind, dass sie in Umfangsrichtung des Käfigs an ihren radial inneren Enden einander gegenüberliegen, dass eine Schmiermittel tragende Oberfläche 41 integral so geformt ist, dass sie jeder Tasche 23 ab dem kleinen Durchmesserende jeder konischen Oberfläche 40 nach innen gegenüberliegt und dass im Innern der Schmiermittel tragenden Oberfläche 41 eine lineare Kugelführungskante 42 gebildet wird, die durch die Kugel 31 parallel zur Achse des Käfigs 21 geführt wird.
Den gleichen Abschnitten wie in dem Schräg-Kugellager der ersten Ausführungsform sind die gleichen Ziffern zugeordnet und ihre Beschreibung ist weggelassen.
In dem Schräg-Kugellager, das einen solchen Aufbau hat, stehen die Kugelführungsränder 42 mit den Kugeln 23 in Kontakt, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, wie in 12 dargestellt. Da die Kugelführungsränder 42 gerade sind und parallel zur Achse des Käfigs 21 verlaufen, bewegen sich selbst dann, wenn der Käfig 21 sich in axialer Richtung bewegt, die Kontaktpunkte mit den Kugeln 31 einfach in axialer Richtung des Käfigs. Auf diese Weise wird keine diametrale Schubkraft in dem Käfig 21 erzeugt und es ist möglich, ein Auslaufen des Käfigs 21 zu verhindern. Da die Scherkraft gering ist, wenn das Schmiermittel durch die Kugeln 31, die sich um ihre Achsen drehen, geschert wird, ist es auch möglich, das Lagerdrehmoment deutlich herabzusetzen.
Da die Kugelführungsränder 42, die mit den Kugeln 31 in Kontakt stehen, gerade sind, kann außerdem die zum Spritzgießen erforderliche Genauigkeit leicht erzielt werden. Dies führt zu einem Käfig 21 mit einer hohen Genauigkeit.
Da es möglich ist, das Schmiermittel auf der Schmiermittel zurückhaltenden (tragenden) Oberfläche 41 zurückzuhalten, kann ferner ein stabiles Schmiervermögen gewährleistet werden.
Da vier diametrale Rillen 25 in der zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 ausgebildet sind, ist es wie bei dem Schräg-Kugellager, wie es in Bezug auf die erste Ausführungsform dargestellt ist, möglich, einen Temperaturanstieg des Lagers zu unterdrücken.
Das Start-Drehmoment des Schräg-Kugellagers der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den 9 bis 13 dargestellt ist, wurde gemessen. Die 14A zeigt die Messergebnisse. Zum Vergleich zeigt die 14B die Messergebnisse für das Start-Drehmoment des in den 15 bis 17 dargestellten Schräg-Kugellagers (Vergleichs-Gegenstands).
Für die Messung wurde als erfindungsgemäßer Gegenstand ein Schräg-Kugellager verwendet, das einen Lager-Außendurchmesser von 26 mm, einen Lager-Innendurchmesser von 10 mm, eine Lagerbreite von 8 mm, einen Käfig-Außendurchmesser von 19,3 mm, einen Käfig-Innendurchmesser von 15,7 mm und eine Breite von 7,2 mm hatte. Als Vergleichs-Gegenstand wurde ein Schräg-Kugellager mit praktisch der gleichen Größe wie vorstehend angegeben verwendet.
Bei den Testbedingungen war die zentrale Achse des Schräg-Kugellagers vertikal, die axiale Belastung betrug 2 kgf und die Anzahl der Umdrehungen betrug 4 UpM.
Wie aus den Testergebnissen hervorgeht, tritt bei dem Schräg-Kugellager gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung kein Spitzenwert in Bezug auf das Start-Drehmoment auf. Dies bedeutet, dass es sich glatt dreht.
Durch die vorliegende Erfindung werden die folgenden Effekte erzielt.
Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 1 wird, da der Krümmungsradius der konischen Führungsoberflächen, die auf dem Käfig an ihren großen Durchmesserenden ausgebildet sind, größer ist als der Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberflächen der zylindrischen Taschen, während das Lager mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, selbst dann, wenn sich der Käfig in axialer Richtung bewegt und die Kontaktpunkte zwischen den Kugeln und den konischen Führungsoberflächen sich ebenfalls bewegen als Folge des Kontakts mit den Kugeln, die sich um ihre Achsen drehen, die diametrale Schubkraft des Käfigs verringert, sodass es möglich ist, ein Auslaufen des Käfigs zu unterdrücken. Ferner ist die Scherkraft beim Scheren des Schmiermittels als Folge der Drehung der Kugeln um ihre Achsen gering, sodass es möglich ist, die Lager-Scherkraft herabzusetzen.
Erfindungsgemäß ist es nach den Patentansprüchen 2 und 5 möglich, die gleichen Effekte wie nach Patentanspruch 1 zu erzielen, und außerdem ist es möglich, die Fließfähigkeit des Schmiermittels zu erhöhen durch Vorsehen von 4 diametralen Rillen in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche, sodass es möglich ist, einen Wärmestau als Folge des Rührens des Schmiermittels zu unterdrücken und einen Temperaturanstieg des Schräg-Kugellagers zu verhindern.
Nach Patentanspruch 3 werden erfindungsgemäß die konischen Oberflächen an den inneren Durchmesser-Seitenenden in einer Position gebildet, die der Vorderseite und der Rückseite gegenüberliegt, bezogen auf die Umfangsrichtung des Käfigs, auf den zylindrischen inneren Oberflächen der Taschen, die das Schmiermittel tragenden Oberflächen sind an den inneren Durchmesserenden der konischen Oberflächen so ausgebildet, dass sie der Innenseite der Taschen zugewandt sind, und die linearen Kugelführungsränder parallel zu der Achse des Käfigs sind im Innern der Schmiermittel tragenden Oberflächen so ausgebildet, dass die linearen Kugelführungsränder mit den Kugeln in Kontakt kommen, während das Lager sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Auf diese Weise ist es möglich, die Entstehung einer diametralen Schubkraft in dem Käfig zu verhindern, wodurch das Auslaufen des Käfigs vermieden wird.
Da auf den Schmiermittel tragenden Oberflächen Schmiermittel zurückgehalten wird, ist ferner eine stabile Schmierleistung erzielbar.
Nach den Patentansprüchen 4 und 6 ist es erfindungsgemäß möglich, die gleichen Effekte wie bei dem Patentanspruch 3 zu erzielen. Da die vier diametralen Rillen in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche vorgesehen sind, ist es ferner möglich, die Fließfähigkeit des Schmiermittels zu erhöhen, sodass es möglich ist, einen Temperaturanstieg des Schräg-Kugellagers zu unterdrücken.

Claims

Kunststharz-Käfig (-Retainer), der umfasst ein ringförmiges Element, hergestellt aus einem Kunstharz, und mit einer Vielzahl von Taschen für die Aufnahme von Kugeln ausgestattet ist, wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei ein Paar von konischen Führungsoberflächen, die durch die Kugeln geführt werden sollen, auf den zylindrischen inneren Oberflächen jeder Tasche an dem inneren Durchmesserende derselben so ausgebildet sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und der Krümmungsradius jeder dieser konischen Führungsoberflächen an dem großen Durchmesserende derselben größer ist als der Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche.
Kunststharz-Käfig nach Anspruch 1, wobei in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen.
Kunststharz-Käfig, der ein ringförmiges Element, das aus Kunststharz hergestellt ist, umfasst und in dem eine Vielzahl von Taschen für die Aufnahme von Kugeln ausgebildet sind, wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei ein Paar von konischen Oberflächen auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder dieser Taschen an dem inneren Durchmesserende so ausgebildet ist, dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei eine Schmiermittel zurückhaltende (tragende) Oberfläche integral ausgebildet ist ab dem inneren Durchmesserende jeder dieser konischen Oberflächen in Richtung auf das Innere der Tasche und wobei ein linearer Kugelführungsrand, der durch eine Kugel geführt werden soll, im Innern jeder der ein Schmiermittel tragenden Oberfläche so ausgebildet ist, dass er parallel zur Achse des Käfigs verläuft.
Kunststharz-Käfig nach Anspruch 3, worin in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen.
Schräg-Kugellager, das umfasst einen Kunststharz-Käfig, der zwischen einem äußeren Ring und einem inneren Ring angeordnet ist, und Kugeln, die in einer Vielzahl von Taschen angeordnet sind, die im Abstand voneinander in Umfangsrichtung in dem Käfig vorgesehen sind, um den äußeren Ring und den inneren Ring zu tragen, sodass diese relativ zueinander drehbar sind, wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei ein Paar von konischen Führungsoberflächen, die durch die Kugeln geführt werden sollen, auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche an ihrem inneren Durchmesserende so ausgebildet sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und wobei der Krümmungsradius jeder konischen Führungsoberfläche an ihrem großen Durchmesserende größer ist als der Krümmungsradius der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche.
Schräg-Kugellager, das umfasst einen Kunststharz-Käfig, der zwischen einem äußeren Ring und einem inneren Ring angeordnet ist, und Kugeln, die in einer Vielzahl von Taschen angeordnet sind, die in Umfangsrichtung in einem Abstand voneinander in dem Käfig ausgebildet sind, um den äußeren Ring und den inneren Ring zu tragen, sodass diese relativ zueinander drehbar sind, wobei diese Taschen zylindrisch sind, wobei in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, und ein Paar von bogenförmigen inneren Oberflächen, die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei ein Paar von konischen Oberflächen auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche an ihrem inneren Durchmesserende so ausgebildet sind, dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei eine Schmiermittel zurückhaltende (tragende) Oberfläche ab dem inneren Durchmesserende jeder konischen Oberfläche zu der Tasche nach innen integral ausgebildet ist und ein linearer Kugelführungsrand, der durch eine Kugel geführt werden soll, im Innern jeder das Schmiermittel tragenden Oberfläche so ausgebildet ist, dass er parallel zur Achse des Käfigs verläuft.